Лекция 6. Водопроводящие и Сопрягающие сооружения Вопросы лекции:
1. Водопроводящие сооружения – назначение, классификация.
2. Акведуки, дюкеры. Конструкции. Принцип работы.
3. Назначение, классификация сопрягающих сооружений.
4. Быстротоки. Ступенчатые перепады. Консольные перепады. Конструкции. Принцип работы.
6.1 Водопроводящие сооружения – назначение, классификация
Водопроводящими называются такие ГТС, с помощью которых вода транспортируется к месту назначения и преодолевает встречающиеся на пути препятствия без значительной разности уровней подводящего и отводящего каналов (через балки, овраги, речки, каналы, дороги и т.д.).
Обязательным условием является сохранение командования канала, т.е. минимум потерь на преодоление препятствий сооружением.
К водопроводящим сооружениям относятся:
акведуки;
дюкеры;
туннели;
трубы (ливнеспуски);
лотки;
селепроводы.
6.2 Акведуки, дюкеры. Конструкции. Принцип работы
Акведуки представляют собой мост, по пролетному строению которого располагается лоток водовода, предназначен для переброски расхода канала через реки, овраги, дороги и др. если уровень воды в канале значительно превышает отметки пересекаемых препятствий.
По материалу акведуки бывают: железобетонные (монолитные, чаше сборные), деревянные, металлические и комбинированные.
При возведении акведука над глубоким узким оврагом при прочных (скальных) основаниях используют арочную конструкцию.
При пересечении каналом широких долин, пойм, рек, дорог устраивают акведук рамной конструкции (рис. 6.1, 6.2).
При больших паводковых расходах в реке и большой длине акведука применяют ряд двухконсольных рам.
Швы позволяют совершать температурные перемещения конструкции и осадочные деформации (Рамы соединяются между водопроницаемыми гибкими швами, расположенными через 10-15 м).
Рисунок 6.1 – Рамный акведук
Возвышение стенок лотка над максимальным уровнем воды принимается в зависимости от расхода, в пределах 0,10-0,40 м.
Разработаны альбомы типовых проектов акведуков.
Конструкция сооружения должна обеспечить плавность сопряжения входной и выходной частей с каналом.
Скорость в лотке акведука назначают в пределах 1-2 м/с (во избежание заиления), придавая дну сооружения уклон соответствующий равномерному режиму спокойного потока. Большие скорости не принимают как из-за потери командования, так и из-за необходимости лучшего крепления за сооружением.
Рисунок 6.2 - Акведук Матхур на юге Индии
Гидравлическому расчету подвергается: вход, лоток и выход.
Статический расчет акведука проводят как для мостов соответствующего типа.
Независимо от конструкции монолитная рама (рамная) или сборная статической проверке подвергаются все элементы акведука.
Дюкером называется напорный трубопровод, укладываемый под руслом реки или канала, дорогой, для пропуска расхода пересекающего их канала, если уровни воды в нем и их отметки близки друг к другу.
Дюкеры бывают:
по материалу:
бетонными: (Н = 30–50 м);
железобетонными: (до Н = 100 м);
стальными;
деревянными;
комбинированными;
по числу ниток:
одноочковые;
многоочковые;
по условиям эксплуатации и производства работ:
заглубленные в грунт;
уложенные на поверхность.
К конструкции дюкера предъявляются следующие требования:
возможность регулярного осмотра, ремонта и очистки;
обеспечение водонепроницаемости швов;
водонепроницаемость швов при неравномерной осадке;
возможность опорожнения сооружений на период ремонта;
отвод фильтрационных вод за пределы сооружения.
Различают короткие и длинные дюкеры.
Короткие дюкеры в конструктивном отношении представляют собой два колодца (входной и выходной), соединенных между собой горизонтальной трубой.
Устраивают
их для пропуска небольших расходов, при
небольшой разности уровней (
)
(рис. 6.3).
1 – входной колодец; 2 – грязевик; 3 – горизонтальная труба;
4 – выходной колодец; 5 - решетка
Рисунок 6.3 – Короткий дюкер
Большие расходы пропускают дюкеры более сложной конструкции, которые состоят из входного и выходного оголовка, двух наклонных и одного горизонтального участка трубы (рис. 6.4).
Рисунок 6.4 – Дюкер заглубленный под дневную поверхность
Когда канал пересекает широкую долину или глубокий овраг, трубопровод дюкера располагают на поверхности, укладывая его на опоры анкерные и промежуточные каткового типа. Катковые опоры допускают небольшие осевые смещения трубы, связанные с температурными изменениями и осадкой отдельных элементов. Анкерные опоры обеспечивают статическую устойчивость сооружения (рис. 6.5, 6.6). Они располагаются в местах перелома трубопровода, а на прямолинейных участках через 150-180 м.
1 – анкерные опоры; 2 – промежуточные опоры
Рисунок 6.5 – Схема длинного незаглубленного дюкера
Скорость движения воды в трубопроводе принимается 1,5-4,0 м/с (из условия незаиления), но не менее скорости течения воды в канале.
Расчет ведут по max и min расходам.
По
- определяют поперечное сечение
сооружения.
По
- проверяют условия заиления и выбирают
число «ниток», сохраняя скорость больше
заиляющей.
Рисунок 6.6 - Вид с верхнего оголовка дюкера через р. Кардоник
Для длинных дюкеров проверка на производится еще и с целью выяснения возможности образования прыжка на входе.
При конструировании дюкера необходимо чтобы:
1. Верхняя кромка трубы дюкера, с целью
предупреждения захвата воздуха должна
быть заглублена под минимальный уровень
не менее чем на
=
0,6D,
где D – диаметр трубы.
2. Входной оголовок должен быть оборудован затворами, шандорами сороудерживающими решетками, служебными мостиками.
При работе в зимних условиях необходимо проводить расчет на обледенение и проверку пропускной способности.